[논문 리뷰] Optimizing Blockchain Based Smart Grid Auctions: A Green Revolution

Muneeb Ul Hassan, Mubashir Husain Rehmani외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 02. 04.

Blockchain Technology Applications and Security참고 문헌 45인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 자원 부족 문제를 해결하기 위해 블록체인 기반 스마트 그리드 에너지 경매를 위한 녹색이며 계산 효율적인 프레임워크를 제안한다. 자원 부족 문제를 다루기 위해 설계 요구사항을 분석하고, 기존의 녹색 경매 기법들을 조사하며, 에너지 수확, AI 통합, 프라이버시 보존 등의 분야에서 핵심 과제와 향후 연구 방향을 규명한다. 이는 지속 가능하고 확장 가능한 블록체인 에너지 시장으로 이어진다.

ABSTRACT

Traditional smart grid energy auctions cannot directly be integrated in blockchain due to its decentralized nature. Therefore, research works are being carried out to propose efficient decentralized auctions for energy trading. Since, blockchain is a novel paradigm which ensures trust, but it also comes up with a curse of high computation and communication complexity which eventually causes resource scarcity. Therefore, there is a need to develop and encourage development of greener and computational-friendly auctions to carry out decentralized energy trading. In this paper, we first provide a thorough motivation of decentralized auctions over traditional auctions. Afterwards, we provide in-depth design requirements that can be taken into consideration while developing such auctions. After that, we analyze technical works that have developed blockchain based energy auctions from green perspective. Finally, we summarize the article by providing challenges and possible future research directions of blockchain based energy auction from green viewpoint.

연구 동기 및 목표

• 블록체인의 높은 계산 및 통신 오버헤드로 인해 탈중앙화된 에너지 경매의 확장성과 지속 가능성에 제한이 발생하므로 이를 해결한다.
• 블록체인 기반 스마트 그리드에서 녹색이며 계산 효율적인 경매를 위한 설계 요구사항을 규명한다.
• 녹색 시각에서 블록체인 기반 에너지 경매 기술적 연구를 조사하여 격차와 향상 가능성을 부각한다.
• 블록체인 기반 스마트 그리드에서 에너지 효율적이고 프라이버시를 보존하며 확장 가능한 경매 기법을 개발하기 위한 핵심 과제와 향후 연구 방향을 제시한다.

제안 방법

• 기존의 블록체인 기반 에너지 경매 시스템을 종합적으로 조사하여 녹색 설계 요소와 자원 효율성에 중점을 둔다.
• 블록체인 제약 조건 하에서 이중, 비크리프, 1차 입찰 경매 등의 다양한 경매 유형 간의 상호 교환 관계를 분석하여 계산 비용이 낮은 대안을 규명한다.
• 저계산 공인, 효율적인 데이터 저장, 에너지 인식 기반 노드 운영을 중시하는 녹색 경매 설계 요구사항을 제안한다.
• 에너지 수확, 경량 예측을 위한 AI/ML, 통신 오버헤드 감소를 위한 인지 라디오와 같은 신기술을 통합한다.
• 블록체인의 투명한 레지스트리로 인한 위험을 완화하기 위해 프라이버시 보존 기법을 검토한다.
• 전기 자동차(EVs)를 탈중앙화와 지속 가능성을 향상시키기 위한 이동식 에너지 수확 노드로 통합하여 녹색 경매 생태계를 강화한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 스마트 그리드에서 녹색이며 계산 효율적인 블록체인 기반 에너지 경매를 개발하기 위한 핵심 설계 요구사항은 무엇인가?
• RQ2 기존의 블록체인 기반 에너지 경매 기법들은 에너지 효율성과 자원 활용 측면에서 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ3 에너지 수확 기술은 지속 가능한 탈중앙화 에너지 거래를 위한 블록체인 노드를 어떻게 구동할 수 있는가?
• RQ4 경량 AI/ML 모델은 계산 오버헤드를 줄이기 위해 어떻게 블록체인 기반 경매에 통합될 수 있는가?
• RQ5 녹색 블록체인 에너지 경매에서 투명성을 훼손하지 않으면서도 거래 데이터를 보호하기 위해 필요한 프라이버시 보존 기법은 무엇인가?

주요 결과

• 기존의 중심화된 에너지 경매는 신뢰성과 확장성에 결함이 있으며, 블록체인 기반 대안은 높은 계산 및 통신 비용으로 인해 스마트 그리드 응용 분야에서 자원 부족 문제를 야기한다.
• 기존의 블록체인 기반 에너지 경매 기법들은 녹색 설계 원칙을 종종 간과하여 과도한 에너지 소비를 초래하고, 스마트 미터와 같은 자원 제약이 있는 장치에선 제한된 구현이 이루어지고 있다.
• 에너지 제약이 있는 노드에서 특히 효과적으로 작동할 수 있도록 최적화된 경우, 비크리프 및 이중 경매 기법은 녹색 구현에 잠재력을 보인다.
• 블록체인 공인을 지원할 수 있는 에너지 수확 장치는 현재로서는 개발이 부족하여 탈중앙화 에너지 네트워크에 통합하기 위해 전용 연구가 필요하다.
• 모델이 경량이면서도 레지스트리 데이터의 선택적 학습을 통해 계산 부담을 최소화할 수 있는 경우에만 AI/ML을 블록체인 경매에 통합하는 것은 가능하다.
• 차별적 프라이버시와 제로 지식 증명과 같은 프라이버시 보존 기법은 녹색 블록체인 에너지 경매에서 아직 탐색이 부족하여 핵심 연구 격차로 남아 있다.